Магнитотеллурические методы разведки

Магнитотеллурические методы разведки- комплекс методов Электрической разведки, основанный на изучении вариаций естеств. электромагнитного (магнитотеллурического) поля Земли. Предложены сов. учёным A. H. Тихоновым (1950) и франц. - Л. Каньяром (1953).
Магнитотеллурич. поле индукционно возбуждается в Земле переменными токами, возникающими в ионосфере и магнитосфере, a также грозовыми разрядами (высокочастотное поле). Диапазон периодов вариаций магнитотеллурич. поля составляет от тысячных долей секунды до десятков часов. Глубина проникновения магнитотеллурич. поля в Землю возрастает c увеличением периода вариаций (скинэффект) от десятков м до сотен км. Комплекс M. м. p. включает в себя методы зондирования (магнитотеллурического - МТЗ, магнитовариационного - МВЗ) и профилирования (магнитотеллурического - МТП, теллурического - TT, магнитовариационного - МВП и комбинир. магнитотеллурического - КМТП). Зондирование осуществляется путём регистрации вариаций в широком диапазоне частот и позволяет послойно по вертикали дифференцировать г. п. по удельному электрич. сопротивлению. При профилировании регистрируют вариации в сравнительно узком диапазоне периодов или одного периода, обеспечивающем изучение изменений электрич. сопротивления и мощности слоёв в горизонтальном направлении и необходимую постоянную глубинность исследований. МТЗ основан на регистрации в одном пункте вариаций горизонтальных компонентов теллурического и геомагнитного полей c периодами от долей c до неск. мин (при разведочных работах) и до неск. ч (при глубинных исследованиях). Метод МВЗ основан на изучении вариаций двух горизонтальных и вертикального компонентов геомагнитного поля. Зондирование, как правило, выполняется одновременно c МТЗ путём регистрации дополнительно компонента в p-не аномалий. Результаты зондирований представляются в виде графиков зависимости отношения вертик. и горизонтального компонентов геомагнитного поля от периода вариаций и используются в качестве дополнит. данных, повышающих однозначность интерпретации кривых МТЗ. Как самостоят. вид исследований МВЗ применяется при изучении глубинного строения Земли. Метод МТП является упрощённой модификацией МТЗ. Отношение амплитуд электрических и магнитных вариаций используется для расчёта суммарной продольной проводимости толщи горных пород от земной поверхности до подошвы отложений c низким удельным сопротивлением.
Методы TT, МВП основаны на синхронной регистрации в базисном и полевых пунктах вариаций, компонент напряжённости магнитотеллурич. Поля. Обработка данных этих методов сводится к определению относит. изменений по площади напряжённости теллурич. и геомагнитного полей, связанных c изменением сопротивления и мощности слоёв г. п.

M. м. p. применяются в осн. при поисках и разведке м-ний нефти и газа и глубинных исследованиях земной коры и верх. мантии, за рубежом - также при поисках и разведке рудных м-ний и термальных вод.

 

Частотное зондирование(ЧЗ)

Метод частотного электромагнитного зондирования (ЧЗ) основан на изучении электрической или магнитной составляющих электромагнитного поля, созданного в Земле электрическим диполем АВ или петлей, питаемыми переменным током с постепенно меняющейся частотой. В качестве искусственного источника поля служит заземленный кабель или не заземленная петля отнесенная от источника на расстояние R,через которые пропускается переменный ток.
AB-q, Q-MN, Q-q
Глубина проникновения электромагнитного поля в землю определяется его частотой и растет с уменьшением частоты.В следствии этого поле диполя,момент которого меняется с большой частотой,зависит от строения тольо верхней части геоэлектрического разреза.
по результатам измерений рассчитывают кажущееся сопротивление и фаза:

Здесь К-коэф.установки;∆U-э.д.с. в датчиках электрического или магнитного поля,мкВ;I-ток в питающем диполе; -фазы сигнала в датчике поля и опорного сигнала
А так же строиться график зависимости

 

По результатам интерпретации фазовой кривой опред-ся параметр геометрич профиля

Фазовая кривая:

 

 

 

28)Зондирование становления поля.
Основан метод на изучении неустановившегося поля переходных процессов при ступенчатом изменении тока в питающей установке. Источником поля могут служить электрический или магнитные диполи, незаземленная петля или длинный заземленный кабель. АВ-q,AB-MN, Q-q, Q-MN(соосная установка- петля в петле)При включении импульса тока в питающую линию или петлю электромагнитное поле рассматривается сначала в приповерхностных частях разреза, а в дальнейшем проникает все глубже и глубже. При этом в среде происходят сложные переходные процессы. В результате форма регулируемого импульса будет отличаться от формы импульса, поданную в питающую установку. Максимальная глубина ЗС около 5км.ЗС поля выпл. с помощью обычных электроразведочных станций при неизменном расстоянии м/у питающим и измерительными диполями.

Схема установки “петля в петле”:

центр установки - точка записи

генератор

 

 

 

Измеритель

 

 

генераторная петля (Q)

Основной способ интерпретации значений –способ подбора рассчитывающий теоретический сигнал и сравнивают с наблюдением.

Метод используется при поиске нефти и газа,а также при изучении осадочного чехла.
Теоретические основы метода зондирования становлением

Поля.

Решение задачи о становлении поля в однородном горизон-

тально слоистом разрезе было получено на основе квазистацио-

нарной модели распространения электромагнитного поля (т.е. без

учета токов смещения в системе уравнений Максвелла). Получен-

ные аналитические выражения для напряженности магнитного и

электрического поля переходных процессов зависят от:

- расстояния от приемника до источника (r);

- времени становления (t);

- электрических свойств разреза (сопротивление).

 

У

Т

 

 

при t → 0 и r →∞, для дальней зоны

при t →∞ и r → 0, для ближней зоны.

Обработка данных ЗСБ заключается в пересчете получен-

ных на различных временах задержки значений приведенной ЭДС

в значения кажущегося сопротивления. Кажущееся сопротивление

в методе ЗСБ обозначается ρτ. Пересчет производится по формуле:

,

где Q и q – эффективные площади генераторной и приемной пе-

тель (т.е. с учетом количества витков) – м2, t – время становления –

с, E(t) – приведенная ЭДС – В/А, μ0=4*π*10-7 Гн/м – магнитная

проницаемость вакуума.

Напомним, что графики кажущегося сопротивления строят-

ся в билогарифмическом масштабе. По оси абсцисс в методе ЗСБ

принято откладывать параметр 2⋅π ⋅ t.

 

29. Метод переходных процессов(МПП) основан на изучении неустановившегося эл.м. поля(переходного процесса), возникающего в горных породах в момент выключения эл. тока в питающей цепи. Метод МПП наиболее эффективен при поисках крупных залежей колчеданных, полиметаллических и других сульфидных руд, обладающих достаточно высокой электропроводностью.МППО - одно­петлевая модификация (измеряется интегральное значение потока нестационар­ного магнитного поля через контур петли (подходит для опоискования больших площадей). В про­стых геоэлектрических условиях МППО обладает повышенной глубинностью при поисках локальных рудных залежей. Существенныйнедостаток МППО — низкая детальностьиссле­дований, ограничивающая разрешающую возможность методов переходных процессов в отношении локализации источников вто­ричного поля.

Методика и техника работ.

В качестве источника первичного поля используется прямоугольная незаземленная петля. Выбор ее размеров определяется протяженностью рудных тел и стремлением уменьшить мешающее влияние покровных отложений; на практике обычно используется петля с длиной сторон 300 и 1500 м. Для локальных тел, оптимальный размер стороны петли 2l равен необходимой глу­бине исследования (h≈ 2l).В комплект аппаратуры для регистрации переходных процессов входят генераторная установка и регистрирующее устройство, состоящие из ряда узлов и приборов, размещенных на двух автомашинах. Измерение переходных процессов производится в центральной части петли по заранее разбитой прямоугольной сети 50x20 или 100x50 м. (при масштабах съемок 1: 5000 и 1:10 000 соответственно). Петли раскладывают с перекрытием, а их размер уменьшают в не­сколько раз по сравнению с поисковой установкой МППО. На каждой точке съемоч­ного планшета с помощью автономной рамки на одном-двух опти­мальных временах измеряют вертикальную (ξ_z/1) и горизонталь­ную (ξ_х/1) составляющие неустановившегося сигнала. В эпицентрах аномалий на всех временах снимают полные переходные характеристики ξ(t)/I которые необходимы для интерпретации. Допустимая средняя арифметиче­ская погрешность измерений ξ/I составляет 20 %.

Результаты площадных съемок первоначально могут представляться в виде графиков, карт графиков и карт изолиний измеренного неустановившегося сигнала для раз­личных времен t. Для простых геоэлектрических разрезов по этим материалам по амплитудному признаку ξ/I (обычно при t > 5 мс) удается выделить «аномальные петли», заслуживаю­щие дальнейших детальных исследований. В сложных геоэлектрических условиях при наличии мощных покровных и хорошо проводящих рудовмещающих пород затяну­тые во времени переходные процессы могут наблюдаться и на без- рудных площадях. Т. о., полезный сигнал от рудной за­лежи приходится выделять на фоне сигнала-помехи от нерудных образований. В этом случае в качестве информационного параметра рекомендуется использовать кажущуюся проводимость ρ _к и ее за­висимость от времени регистрации.

Параметр ρ_К при наблюдениях с совмещенными квадратными петлями находят из асимптотического соотношения между неустановившимся сигналом ξ в петле со стороной 21 для момента t и проводимостью однородного полупространства:

, здесь т_к — кажущееся обобщенное время:

В этих выражениях —ξ - в мкВ; I - в A; t - в мс; l - в м.

Признаком наличия рудного тела под прово­дящими наносами является нарушение монотонности спада ρ_к с ростом t.

30. Метод незаземленной петли (НП). Источником поля слу­жит прямоуг. петля из провода Пт (рис. 118, а) со сторонами от нескольких сотен метров до 1—2 км, питаемая переменным то­ком от генератора Г. Поле этой петли исследуют с помощью изме­рительного устройства И вдоль профилей Пр, расположенных внутри петли (реже вне ее). Иногда для увеличения глубинности исследования выполняют интегральные измерения поля с помощью второй приемной петли (параллельной Пт), подключенной к И" (двухпетлевой индукционный метод — ДИМ). В скважинном ва­рианте метода НП поле, принимаемое скважинным снарядом (СС), регистрируется на поверхности прибором И'.

Петля как источник первичного поля выгодна прежде всего потому, что ее поле сравнительно однородно, особенно в централь­ной части. Это облегчает выделение аномалий, связанных с особен­ностями строения геоэлектрического разреза. За счет однородности первичного магнитного поля существенно упрощается характер аномалий, что позволяет использовать некоторые приемы для оп­ределения их геологической природы.

Существенный недостаток НП — ее громозд­кость, обусловливающая нежелательные (особенно при поисковых работах) затраты труда и времени на перемещение питающей уста­новки в процессе полевых работ.

Рис 118. Основные модификации индуктивных методов.

а — метод незаземленной петли (НП)- И — с абсолютными точечными измерениями по наземным профилям, И' — то же, вдоль оси скважин, И" — с интегральными измере­ниями; 6 — метод длинного кабеля (ДК): И — с абсолютными измерениями, И' — с от­носительными измерениями; в — метод дипольного индуктивного профилирования (ДИП) с установкой типа Z-Z

 

31.Дипольное индуктивное профилирование. Типы установок ДИП. ДИП – КПП.

ДИП выполняется с установкой постоянных размеров. В аэроварианте используются 1-3 частоты. Установка: генераторная рамка (ГР), приёмная рамка (ПР). От величины разноса (r) и частоты зависит глубинность исследования. В зависимости от ориентации рамок: Х-х, Z-z, Y-y. (Х – генераторная рамка, х – приемная)

Установка со скрещенными рамками: Х-z, X-y, Z-x и т.д. В наземных измерениях Х-х, Z-z. Т.к. на результаты измерений в меньшей степени сказывается изменение геометрии установки. Скрещивание используется в инженерной геофизике. В результате измеряется суммарное поле, вернее его Е(вектоное). Величина аномалий незначительная, до единыцы %. Следовательно, разработан ДИП-КПП (компенсирование первичного поля).

Компенсируется первичное поле в районе ПР (нормальное поле). В ДИП-КПП используют Х-х. Их цепи ГР часть тока ответвляется и направляется в компенсирующую рамку (КР), которая распространяется около ПР. От КР можно сигнал уровнять по м=амплитуде. В результате в ПР получим 0 и потом на профиле измеряется аномальный сигнал.

Метод длинного кабеля

При работе по этому методу, называемому иногда также методом бесконечно длинного кабеля (БДК), первичное поле создается кабелем, расположенным на земле, оба конца которого заземлены и который питается от генератора токами низкой частоты — в диапазоне от 5 до 4000 гц. В аппаратуре БДК питание кабеля осуществляется от лампового генератора с выходной мощностью 2 кет. Генератор работает на высокой частоте, стабилизированной кварцем; рабочие частоты (81, 244, 488, 876Г 1953 гц) получаются путем деления частоты задающего генератора. Питание — наземной аппаратуры осуществляется от передвижной станции трехфазного тока, работающей от бензинового двигателя. В окружающем кабель пространстве возбуждается квазистационарное электромагнитное поле. Отношение горизонтальной и вертикальной компонент магнитного вектора поля на расстоянии х от кабеля и на высоте z над земной поверхностью по В. И. Дмитриеву

Приемным устройством для измерения переменного магнитного поля служит рамка с ферритовым сердечником, настроенная на рабочую частоту. Рамка вынесена в гондолу, буксируемую вертолетом на трос-кабеле длиной 15—20 м на высоте 40—60 м над поверхностью земли. Высота полета вертолета контролируется при помощи радиоальтиметра. При движении вертолета вдоль профиля наблюдений гондола удерживается потоком воздуха в положении, при котором ось приемной рамки горизонтальна. Принятый сигнал усиливается и сравнивается с опорным сигналом, который передается ультракоротковолновым передатчиком, имеющимся в комплекте генераторного, устройства. Это дает возможность определить фазовый сдвиг компоненты Н,с, измеряемой приемной рамкой относительно фазы тока в кабеле. Изменения фазового угла и модуля Нх непрерывно регистрируются автомати­ческим устройством

 

33. Метод радиокип - метод электроразведки, основанный на изучении магнитного поля радиовещательных станций. Применяется при поисках хорошо или плохо проводящих рудных тел и геологического картирования крутопадающих структур, залегающих на глубине не более 20 м. Метод радиокип часто называютрадиоволновым профилированием. При площадной съемке измеряют вертикальную составляющую магнитного поля (Н_z), на выявленных аномальных участках дополнительно - горизонтальную составляющую (Н_р) и угол наклона магнитного вектора к горизонту (). Электромагнитное поле измеряют по прямоугольной сети, густота которой зависит от детальности исследований. В качестве измерительной аппаратуры используется портативный измеритель напряженности поля (ПИНП1). Результаты измерений изображают в виде графиков H_z и Н_р, по которым изучают геологическое строение участка и проводят поиски месторождений полезных ископаемых. Существенная помеха для применения метода радиокип: неровности рельефа дневной поверхности и неоднородность поверхностных образований.

 

34. Метод радиоволнового просвечивания. Для изучения целиков пород между выработками и скважинами и выявления рудных залежей используется также метод радиоволнового просвечивания (РВП). В этом методе в одной выработке или скважине устанавливается радиопередатчик, излучающий электромагнитные волны частотой 0,1 - 10 мГц, а в других соседних выработках или скважинах с помощью радиоприемника измеряется напряженность поля (см. 8.1.1). Меняя местоположения генератора и приемника, можно "просветить" породы между горными выработками и скважинами. В результате можно определить так называемый коэффициент поглощения пород вдоль лучей передатчик-приемник, который связан с электромагнитными свойствами среды ().

Наличие хорошо проводящих рудных тел приведет к увеличению затухания энергии и появлению радиотеней, по которым можно оконтурить рудные тела и правильно направить дальнейшие разведочные работы. Дальность просвечиваний не превышает нескольких сотен метров.

35. Метод радиоволнового зондирования Метод радиоволнового зондирования (РВЗ) основан на явлении интерференции (сложения) радиоволн. Передатчик и приемник располагают на некотором расстоянии один от другого. Если под поверхностью земли имеется поверхность, отражающая электромагнитные волны, то к приемнику подходят и интерферируют прямые радиоволны, распространяющиеся непосредственно от передатчика к приемнику вдоль дневной поверхности, а также волны, отраженные от поверхности на глубине. Интенсивность суммарной волны, регистрируемой приемником, зависит от расстояния меи{ду передатчиком и приемником, глубины залегания отражающей поверхности, электрических свойств пород и частоты генерируемых колебаний. Изменяя либо частоту передатчика, либо расстояние между ним и приемником, получают кривую изменения интенсивности приема, на которой чередуются минимумы и максимумы. Истолкование этой кривой в принципе дает возможность определить глубину залегания отражающей поверхности и оценить электрические свойства пород, по которым распространялись радиоволны. Однако при сложном строении разреза расшифровка наблюдений с наличием нескольких низкоомных пластов становится затруднительной.

Оценить эффективность метода РВЗ можно лишь после выполнения достаточного количества полевых наблюдений в различных условиях. Вероятно, он позволит определять положение зеркала грунтовых вод, представляющего собой поверхность, хорошо отражающую электромагнитные волны. Однако и в этом случае, как и в отношении метода ВЭЗ, низкоомные глинистые прослои, залегающие выше водоносного горизонта, вероятно, будут создавать самостоятельные интерференционные эффекты и тем самым в значительной мере, если не полностью, маскировать влияние наблюдаемого объекта.

Метод ЗМПП.

Зондирования методом переходных процессов – широко применяемый геофизический метод для изучения геологической среды.

В качестве источника электромагнитно поля используется незаземленная генераторная петля через которую пропускают импульс тока. Согласно закону Фарадея, это приводит к возникновению вихревых токов в проводящих слоях геологического разреза. Максимум плотности тока с течением времени после выключения тока, перемещается на все большие глубины, что позволяет сканировать геологическую среду. Скорость затухания вихревых токов определяется тепловыми потерями в проводнике. Все это позволяет выполнить электрическую томографию геологической среды.

Рис. Первичное магнитное поле незаземленного генераторного контура при протекании тока (А) и графики ЭДС после выключения тока в генераторном контуре (Б).

В качестве приемника электромагнитного поля используются мобильные датчики или одна и та же петля которая служит источником во время токового импульса и приемником в паузе между импульсами.

Увеличение глубины исследований выполняют путем повышения мощности источника электромагнитного поля – размеров генераторной петли и силы тока, протекающего по петле. Так, при инженерно-геологических исследованиях, с глубиной изучения разреза первые десять метров, применяется генераторная петля размерами 5×5 м и током 4 А. При поиске рудных месторождений на глубине около километра используется петля размерами более 500×500 м, с силой тока не менее 80